【湍流】fluent中的Spalart-Allmaras模型

发布网友发布时间：2024-10-24 05:31

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热心网友时间：2024-11-05 13:32

探索【湍流】：ANSYS Fluent中的Spalart-Allmaras模型详解</

Spalart-Allmaras模型，作为单方程湍流模型的代表，专为航空航天中边界层流动的应用设计，尤其在逆压力梯度的挑战中表现出色。在叶轮机械领域，其日益受到青睐。它在低雷诺数工况下表现出色，通过ANSYS Fluent独特的壁面处理技术，实现了对y+值的不敏感，从而打破了传统近壁层分辨率的*。这种方法允许模型在y+值在1到30的中间网格区域保持稳定，确保壁面剪应力和传热系数的一致性，同时保持边界层分辨率不低于10-15个单元。

尽管专为空气动力学设计，Spalart-Allmaras在处理一般的工业流动时，特别是平面和圆形射流的自由剪切流时，可能会产生较大的误差，且不适用于均匀各向同性湍流衰减的预测。深入理解其工作原理，我们来看看模型的核心部分：

核心原理</

输送方程</: Spalart-Allmaras模型在非近壁区域，湍流运动粘度ν̅与输送变量ν相同。修正后的ν̅由产生项G_v和破坏项Y_v共同影响，通过公式(见下文)平衡。

湍流粘度计算</: 湍流粘度μ_t由粘性阻尼函数f_ν1*，其表达式为(见下文)。模型中不涉及湍流动能k的计算，因此雷诺应力的估计有所简化。

模型组件</

产生项G_v</: 依赖于距离壁面的参数和涡量大小，确保在旋涡区域适当抑制湍流生成。

破坏项Y_v</: 通过常数和应变张量的组合来*湍流过度发展。

模型参数</：模型中的各项系数C_b1、C_b2、C_w1、C_w2和C_w3在实际应用中需适当校准，以确保准确性和可靠性。

边界条件</: ANSYS Fluent通过y+不敏感处理，实现底层粘性公式与y+依赖对数公式之间的无缝过渡，确保在各种边界层条件下都能稳定工作。

热传递模拟</: Fluent利用雷诺模拟策略，通过能量方程(见下文)来模拟湍流热传输，其中k为导热系数，E为总能量，偏应力张量(τ_ij)_eff则体现了湍流对热传递的影响。

尽管Spalart-Allmaras模型具有其局限性，但它在特定的应用场景中提供了强大的模拟能力。理解并掌握其工作原理，对于准确模拟复杂流动至关重要。